Способ управления процесса лазерной резки

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 181 3 К 26/08,26/О 51) ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ТЕЛЬСТВУ К АВТОРСКОМУ й институ технологВ,В,Ко ЕСС 54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ АЗЕРНОЙ РЕЗКИ расходимоинзой в эка заданную е менее чем о донюю нную а,(21) 4932154/08(71) Научно-исследовательскиконструкционных материалов ических процессов(56) Заявка Японии 1 ч. 61-123495кл, В 23 К 26/14, 1986,Заявка Японии 1 ч. 59-92190,кл, В 23 К 26/08, 1984. Изобретение относится к машиностроеию и предназначено для резки материалов помощью импульсного твердотельного лаЦелью настоящего изобретения является увеличение эффективности процесса резки, повышение глубины резки, а также увеличение ресурса работы лазера.Для этого величину мощности накачки увеличивают до 0,87-0,92 от предельн пустимой, измеряют текущую сред мощность накачки, сравнивают получе величину с заданной и с помощью полученного рассогласования стабилизируют текущую среднюю мощность накачки, Задают величину расходимости лазерного излучения, измеряют реальную расходимость и сравнивают ее с заданной, если она меньше заданной, то вводят отрицательный оптический элемент в резонатор, если больше; положительный оптический элемент, тем(57) Изобретение относится к машиностроению и предназначено для лазерной резки материалов, Сущность способа: управляют мощностью лазера в зависимости от скорости перемещения материала, При этом задают и стабилизируют мощность накачки в диапазоне 0,87 - 0,92 от предельно допустимой. Исходя из технологического процесса задают и стабилизируют расходимость лазерного излучения. В процессе лазерной резки при выходе на заданный режим увеличивают нэ 50% давление газа в сопле, Изобретение позволяет в несколько раз повысить эффективность процесса за счет снижения объема удаляемого материала, 2 ил,самым компенсируя изменени сти, обусловленное тепловой тивной среде, а при выходе расходимость луча повышают на 50% давления 0 газа.в соп, .ООЭтим достигается стабилизация режима - ф работы лазера при фиксированном значе- . Ц 3 нии мощности накачки, который обеспечи-, ( ) вает увеличение ресурса лампы накачки поф сравнению с максимально допустимым ре- О, жимом, и компенсация клиновой и сферической аберрации резонатора лазера, что приводит к уменьшению расходимости, ди-, ф аметра сфокусированного пятна и увеличе-ф1 нию плотности мощности излучения в зоне обработки, а также управление давлением режущего газа в сопле при изменении диаметра сфокусированного пятна, что позволяет эффективно эвакуировать расплав и шлаки из зоны резЭффективность лазерной резки определяется количеством мощности, приходящимся на единицу глубины и скоростии ч/Ч= р5где ч - скорость резки;и - толщина материала,Р - мощность лазерного излучения,Установлено, что ширина реза уменьшается при уменьшении расходимасти 10лазерного излучения. Расходимость излучения определяется строением резонатора,т.е, длиной резонатора, кривизной зеркал иположением активного элемента в резонаторе, наличием оптических элементов, и величиной термолинзы, наведенной вактивном элементе излучением мощностинакачки.При изменении мощности накачкименяется оптическая сила наведенной в 20активном элементе термолинзы и, соответственно, изменяется расходимость, Для повышения ресурса. ламп накачки мощностьнакачки выбирается равной 87 - 92 О от предельно допустимЬй в соответствии с ТУ на 25лампу накачки.,В соответствии с заявляемым способомкомпенсация расходимости излученияпроизводилась с помощью введения в резонатор, (например, отрицательного) оптического элемента - выпуклого "глухого"зеркалами, который компенсирует сферическую аберрацию наведенной термолинзы вактивном элементе. При этом юстировка.резонатора лазера осуществляетсяна этой 35же мощности, это приводит к компенсацииклиновой аберрации резонатора, При этомрасходимость излучения компенсированного резонатора в и раз меньше, чем обычногонекомпенсированного, диаметр сфокусировайного пятна б, а соответственно, и ширина реза в и раз меньше;дп = -РлО(2)Пгде Рл - фокусное расстояние линзы, 45О- расходимость некомпенсированного резонатора,что приводит к уменьшению объема удаляемого материала, а плотность мощности ц всфокусированном пятне в п,раз больше 504 Р 4 Рп,р)РР 2что позволяет увеличить глубину прорезания, или при той же мощности увеличить 55скорость резки.Это означает, что при постоянной мощности генерации Р можно увеличить глубину или скорость резки, что ведет кувеличению эффективности процесса,Авторами установлено, что снижениедиаметр пятна, которое обеспечиваетуменьшение ширины реза; приводит к увеличению сопротивления канала реза припродувке его режущим газом, и затрудняет .удаление шлаков и окислов,Сущность заявляемого способа можноуяснить, рассмотрев работу устройства длялазерной резки, функциональная схема которой изобракена на Фиг. 1, 2 представленазависимость диаметра пятна в зоне обработки и давления О в резаке от заданноймощности РзадУстройство содеркит последовательносоединенные блок 1 управления, сравнивающее устройство 2, источник 3 питания, датчик 4 тока, излучатель 5, а также датчик 6напряжения, умнокитель 7, управляемыйвентиль 8 газовой системы, резак 9, систему10 перемещения изделия, позицией 11обозначено изделие,В соответствии со способом при установлении заданного режима работы лазерапо расходимости поднимается давление режущего газа в сопле на 40-50 ОДля поддержания фиксированного режима работы лазера вводят умнокитель 7(рис, 1), который осуществляет стабилизацию уровня мощности накачки.Данная схема работает следующим образом. Блок управления (БУ) 1 на выходе 1вырабатывает уставку Рзад, которое пропорционально 0,87 - 0,92 Рмах. Оно поступа-.ет на сравнивающее устройство 2 и затем наисточник 3 питания, с выхода источника питания 3 с помощью датчиков 4 и 6 снимаетсясигнал, пропорциональный средней мощности накачки и поступает на умножитель 7,"который вырабатывает сигнал рассогласования и посылает его на сравнивающее устройство 2; Таким способом осуществляетсястабилизация мощности накачки, Блок 1 уп-равления на втором выходе вырабатываетсигнал, который поступает на вентиль 8 иуправляет давлением газа в резаке 9,В блоке управления перед началом работы задают род и толщину разрезаемогоматериала, В соответствии с этой информацией и выдается уровень сигнала на второмвыходе, определяющем давление газа в резаке, В случае необходимости изменить режим в блоке 1 управления допускаетсяизменение Рзад что приводит к изменениюдиаметра пятна и плотности мощности взоне обработки. В соответствии с Рзад, величина сигнала, управляющего давлением врезаке изменяется в соответствии с зависимостью, изображенной на фиг, 2.П р и,м е р (реализация способа). Испытания были проведены на АИГ-лазере с мак1815086 В;Бродягинргентал Составит Техред М ор Т.Вашкович Реда кт Заказ 1609 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открйтиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4 Й Производственно-издательский комбинат Патент", г, Ужгор агарина, 1 симальной выходной мощностью 250 Вт в частотном режиме с использованием ЧПУАП.Данные, полученные при резке алюминия по приведенному прототипу и предлагаемому способу. приведены в таблице;Повышение эффективности на 93 обусловлено уменьшением диаметра пятна и соответственно снижением обьема удаляемого материала. формула изобретения СпоСоб управления процессом лазерной резки, заключающийся в том; что изменяют мощность накачки лазера в эависймости от скорости перемещения материала, о т и и ч а ю щ и й с я тем, что, сл целью увеличения эффективности процесса резки, повышения глубины и увеличения ресурса работы лазера, величину мощности накачки лазера изменяют дз величины, не 5 превышающей 0,87-0,92 предельно допустимой, измеряют текущее значение мощности, сравнивают измеренное значение с заданным и по полученному результату стабилизируют мощность накачки лазера, .а 10 также в зависимости от параметров изделиязадают расходимость лазерного излучения, измеряют реальную рвсходимость, сравнивают ее с заданной и по полученному рассотласованию компенсируют изменение 15 расходимости, а в момент достижения за.данной расходимости увеличивают давление газа в сопле.